Подготовка продуктивных растворов скважинного подземного выщелачивания к сорбции урана

АННОТАЦИЯ

В работе приведена изучение подготовка продуктивных растворов скважинного подземного выщелачивания к сорбции урана.

ABSTRACT

The paper deals with the study of the preparation of productive solutions of borehole underground leaching for the sorption of uranium.

Ключевые слова: Продуктивные растворы, уран, ионообменных смол, процесс сорбции, выщелачивании урана, концентрация урана.

Keywords: Productive solutions, uranium, ion exchange resins, sorption process, uranium leaching, uranium concentration.

Переработка продуктивных растворов выполняется в соответствии с технологическим регламентом, утвержденным главным инженером рудоуправления и согласованным с главным геотехнологом НГМК для каждого геотехнологического рудника.

Главной задачей при ведении технологического процесса на УППР получение   сульфата уранила при исключении потерь металла на всех технологических стадиях:  сорбция, регенерация, осаждение, фильтрация, раскисление «кека» и обработка готовой продукции.

Поэтому необходимо не только контролировать ведение технологического процесса в соответствии с технологическим регламентом, но и проводить анализ всех отклонений от норм, встречающихся при этом.

В инструкции представлен анализ факторов, которые могут  возникнуть в технологическом процессе и при этом оказать  влияние на выпуск готовой продукции.

Кроме того, в инструкции будут даны расчеты  параметров для строительства технологических отстойников, расчеты габаритных размеров сорбционных колонн для новых месторождений.

Продуктивные сернокислотные растворы имеют общую минерализацию 13.0-30 г/л, в том числе концентрации (г/л): ΣSO₄ – 1.5-21, свободной кислоты 0-7; Fe – 0.01-0.6; H₄SiO₄ – 0.01-0.15; Cl – 0.1-1.5; P- 0.0001 до 0.5. В различных концентрациях присутствуют Ca; Mg; Al; Na, K, Rb, Cs, Be, Sr, Ba, B, Ti, Nb, Co, Cu, Zn, Cd, Hg, As, Pb, NO₃, Ni и др. Значение рН продуктивных сернокислотных растворов 1.2-3.0.

В продуктивных бикарбонатных растворах общая минерализация составляет 3-7 г/л, реже более, в том числе концентрации (г/л): HCO₃ – 0.8-2.0; SO₄^2- – 1-3; NH₄ – 0.4-0.6; Na+K – 0.5-1.0; Cl – 0.8-1.2; Cu²⁺ – 0.6-1.0; Mg²⁺ – 0.1-0.3. Концентрации F, Pb, Cu, Zn, Cd, Ga, Ge, H₄SiO₄ низкие.

В результате выщелачивания полезных компонентов из руд полиэлементных месторождений с использованием серной кислоты продуктивные растворы, откачиваемые на поверхность, могут содержать, кроме урана (10-500 мг/л), рений (0.1- 1.0 мг/л), скандий (0.2-1.0 мг/л и более), иттрий (2.0-10.0 мг/л и более), лантаноиды (доли миллиграммов и миллиграммы ни литр), ванадий (5.0-50.0 мг/л), в ряде месторождений молибден (10.0-100.0 мг/л).

При использовании в качестве окислителей кислорода, перекиси водорода и более сильных - газообразного хлора в растворах ПВ концентрация рения увеличивается до 0.5-1.0 мг/л, ванадия – до 300-500 мг/л, появляется селен (30-200 мг/л). При карбонатном (бикарбонатном) с окислителем ПВ количество полезных компонентов в растворах обычно ниже, чем при кислотном: урана – до 200 мг/л, в основном 30-100 мг/л; молибдена и рения – до 150-200 мг/л и 0.3-1.0 мг/л соответственно; иттрий, лантаноиды и скандий практически отсутствуют. При применении карбонатного способа с сильным окислителем в растворы ПВ, кроме рения и молибдена в раствор переходит селен (20-100 мг/л и более), при сульфидном фиксируются селен (до 1500 мг/л) и рений (менее 1 мг/л).

Основным требованием к продуктивным растворам  при подаче их на колонну является  осветленность, которая зависит от:

1. Наличия гидроокисей Fе, Аl и сульфатов Са, Мg;

2. Наличия твердых взвесей.

Железо и алюминий относятся к числу наиболее распространенных элементов в литосфере. Среднее содержание железа  земной коре составляет 4.65%, а алюминия – 8.05%. Валентность железа различная, в растворах оно присутствует в закисном Fе²⁺и окисном Fе³⁺ состоянии. Двухвалентное железо легко мигрирует в кислых ( рН < 5,5) растворах, слабее – в нейтральных и слабо – в щелочных.

Окисление  Fе²⁺  до  Fе³⁺  зависит от рН раствора, процесс протекает при рН > 3-4. Наилучшие результаты достигаются при значениях рН = 5-6; при этом происходит осаждение вновь образованного иона Fе³⁺ в виде гидроокиси Fе(ОН)₃, растворимость которой в данной среде незначительна. Однако последующее подкисление раствора серной кислотой вновь переводит Fе³⁺  в раствор. В условиях отработки урана методом ПВ иногда сокращение расхода серной кислоты на процесс связывают с поддержанием среды в продуктивных растворах (в откачных скважинах) на уровне рН = 3-2.5, что не рекомендуется.

Поддержание такого режима чаще всего вызывает гидролиз и осаждение  Fе³⁺  по пути фильтрации раствора, сопровождаемое соосаждеием урана. Это ведет к не сбивке между добычей и переработкой. По миграционной способности   Аl³⁺ аналогичен Fе³⁺.

При слабокислотном  выщелачивании  недостаточное количество серной кислоты может  привести к образованию труднорастворимых соединений (кальциты), которые в свою очередь будут выпадать в осадки и захватывать уран.

С целью предотвращения появления мути, за счет образования коллоидных соединений необходимо правильно рассчитать подачу кислоты для подкисления продуктивных растворов в кондиционном отстойнике. Для этого необходимо регулярно (1 раз в месяц) проводить отбор проб  для определения  полного химанализа в продуктивных растворах.   

В состав продуктивных растворов, кроме растворенных минеральных соединений и добываемого металла, входят  нерастворимые вещества, которые называются  твердыми взвесями.

Из них основное место занимает песок, извлекаемый из откачных скважин. Количество твердого осадка зависит от конструкции скважин, качества их сооружения, горно-геологических условий отработки, гидрогеологических параметров пласта и метода раствороподъема. При насосной эксплуатации количество твердого осадка не должно превышать 0,05 г/л, при эрлифтной может достигать 10 г/л и более. Улавливание из продуктивных растворов твердых осадков осуществляется в отстойниках или картах, которые строят вблизи центральной технологической сорбционной установки, а также технологических насосных станций.

Продуктивные растворы(ПР) скважинного подземного выщелачивания (СПВ) урана содержащие  обычно, даже после пескоотстаивания, не менее 40 мг/л минеральных, песчаных и глинистых  взвесей различной степени дисперсности, имеют температуру от 3 до 20-30⁰ С и могут рассматриваться, как достаточно сложная физико-химическая система, относящаяся одновременно к истинным растворам и к малоконцентрированным суспензиям.

При сорбции урана в колоннах аппаратах напорного типа (СНК) в режиме восходящей фильтрации ПР через неподвижный плотный слой зернистого ионита в порах лобовой части последнего происходит задержка основной массы минеральных взвесей и определенная закупорка поровых каналов. Это приводит к заметному росту гидравлического сопротивления зернистого ионита и потери напора. Так, например, уменьшение пористости m зернистого слоя на 5% ( в частности, от 0.4 до 0.38) увеличивает потерю напора приблизительно на 25%. Соответственно, снижается удельная производительность сорбционных колонн и возрастают энергетические затраты на прокачку продуктивных растворов через него.

Кроме того, возникает необходимость отмывки от минеральных взвесей периодически выгружаемых из сорбционного аппарата порций насыщенного ураном ионита.

Упомянутые негативные обстоятельства определяют важность эффективной подготовки ПР перед сорбцией урана и прежде всего более глубокой очистки от взвесей, о чем говорилось в главе1, в особенности при использовании мелких фракций ионообменных смол.

Для решения этой задачи возможно использование в некоторых случаях фильтрации ПР, применение в дополнение к существующим горизонтальным одноярусным пескоотстойникам непрерывного действия многоярусных тонкослойных полочных отстойников, а также, исходя из практики водоподготовки, скорых или более совершенных песчаных фильтров с принципиальной схемой восходящей фильтрации водной фазы с уравновешенными силами трения. Скорость фильтрации в многослойных фильтрах такого типа составляет 25 м/час и более.

Наибольшее применение нашли  одноярусные  отстойники, где происходит осаждение песка, глины и твердых взвесей.

Список литературы:

1. Аликулов Ш.Ш., Нажимов Ф.Ф. Анализ базовой модели подземного выщелачивания урана к природным условиям месторождения // Горный информационно-аналитический бюллетень. Москва,2015.№1. – С. 98-104
2. Пирматов Э.А., Хасанов А.С., Шодиев А.Н., Туробов Ш.Н., Хамидов С.Б. Современное оборудование, применяемое в гидрометаллургической переработке редких металлов. // Universum: Технические науки - Москва, 2019. - №11   C. 33-39.
3. Шодиев А.Н., Саидахмедов А.А., Туробов Ш.Н., Хакимов К.Ж., Эшонкулов У.Х. Исследование технологии извлечения редких и благородных металлов из сбросных растворов шламового поля. // Universum: Технические науки - Москва, 2020. - №5   C. 37-40.
4. Шарипов Х.Т., Пирматов Э.А., Шодиев А.Н., Хасанов А.С., Туробов Ш.Н. Изучение возможности извлечения молибдена и других металлов содовым выщелачиванием из отходов сбросных растворов // Композицион материаллар // – Ташкент, 2020.  № 3. С. 56-59.
5. Шодиев А.Н., Туробов Ш.Н., Намазов С.З., Хамидов М.Б., Шукиров О.М., Яндашев А.А. Извлечение редких металлов из технологических растворов, образующихся при выщелачивании огарка. XII International correspondence scientific specialized conference «International scientific review of the technical sciences, mathematics and computer science» BOSTON. (USA). October10-11, 2019 г. С. 22-28.
6. Хасанов А.С., Шодиев А.Н., Туробов Ш.Н., Каршибоев Ш.Б., Рахимов К.Х., Ахматов А.А. Cпособы извлечения редких металлов из техногенных отходов металлургического производства. XIII International correspondence scientific specialized conference «International scientific review of the technical sciences, mathematics and computer science» BOSTON. (USA). December 29-30, 2019 г. С. 17-23.
7. Шодиев А.Н., Туробов Ш.Н., Саидахмедов А.А., Хамидов С.Б. Исследование технологии извлечения ценных компонентов из отходов молибденового производства. Международная узбекско-белорусская научно-техническая конференция композиционные и металлополимерные материалы для различных отраслей промышленности и сельского хозяйства Ташкент 2020 21-22 мая 2020 г. С. 292-294.
8. Шодиев А.Н., Хужакулов А.М., Олимов Ф.М., Ахмедова Д.А., Туробов Ш.Н. Исследование Возможности извлечения Редких металлов из  отходов металлургического производства // Вестник науки и образования - Москва, 2020 - №13. C. 26-31
9. Туробов Ш.Н., Хасанов А.С., Шодиев А.Н. Исследование технологии извлечения ванадия из отходов сернокислотного производства // UNIVERSUM: Технические науки. – 2020. - 11(80) – 82-85 с.
10. Шодиев А.Н., Хамидов С.Б., Туробов Ш.Н. Исследование сорбционной технологии извлечения  молибдена и рения из отходов // Universum: Технические науки. – 2020. - 11(80) – 86-90 с.
11. Шодиев А. Н., Азимов О. А., Хамидов У. А. Исследование залежей руд урана. Международная научно-практическая конференция Наукоемкие исследования как основа инновационного развития общества 09 ноября2020 г. 87-90 с.
12. Хасанов А.С., Хакимов К.Ж., Шодиев А.Н., Эшонкулов У.Х. Уран и Золото // Мухофаза + Ижтимиой-сийосий, илмий-амалий ва бадиий журнал 2018 й №01 (157). С. 13-15.
13.  Пирматов Э.А., Хасанов А.С., Шодиев А.Н., Азимов О.А. Research of technology for extraction of rare and noble metals from reset cues and sludge field solutions//Евразийский Союз Ученых (ЕСУ)- Москва, 2020. № 6, С. 13-18.
14.  Аликулов Ш.Ш., Шодиев А.Н. Теоретические основы кольматации пород прифильтровой зоны пласта // Известия вузов Горный журнал №5. 2016 – Екатеринбург С. 89-94
15.  Исследование технологии извлечения ванадия из отходов сернокислотного производства/ Ш.Н. Туробов, А.С.Хасанов, А.Н. Шодиев/Universum: Технические науки.11(80)–2020 г.–82-85 с.